Características de los bioprocesos

Un rasgo o características de los bioprocesos es la falta de información detallada sobre el perfil de impurezas en el producto final.

Esta información incompleta ha sido una razón importante para el enfoque empírico del diseño de bioprocesos incorporado en el dicho “el proceso es el producto”.

Afortunadamente, la tendencia reciente hacia la comprensión fundamental de los eventos críticos en la fabricación, impulsada por la iniciativa de «calidad por diseño» de las agencias reguladoras, y el valor cada vez mayor que se le da a los modelos sólidos de características de los bioprocesos dentro de la industria, han llevado a análisis más detallados de bioprocesos individuales y operaciones unitarias.

Sin embargo, aún existe la necesidad urgente de combinar operaciones unitarias y buscar modelos integrados y comprensión de las características de los bioprocesos. En ese contexto, este capítulo describe las interacciones entre el paso del biorreactor y los que le siguen.

Ahora se reconoce ampliamente en las características de los bioprocesos que los muchos parámetros elegidos para aumentar la eficiencia del paso de cultivo celular pueden tener consecuencias importantes para las operaciones unitarias posteriores.

Por ejemplo, se ha descubierto que el uso de sulfato de dextrano para reducir la acumulación de células promueve cambios en la estructura de las proteínas del producto, lo que a menudo acelera su agregación y reduce su vida útil.

Otro ejemplo de las características de los bioprocesos es la extensión de la duración de un biorreactor de producción para aumentar la productividad: en algunos casos, dichas operaciones prolongadas del reactor, con viabilidades celulares finales inferiores al 80 %, parecen conducir a cambios en el plegamiento de las proteínas del producto.

Sin embargo, tales interacciones en todo el bioproceso no han recibido una atención cuantitativa significativa en la literatura, a pesar de su importancia.

Este capítulo resume las interacciones entre el cultivo celular y los pasos posteriores de aislamiento, recuperación y purificación.

La clase A, que describe las métricas relevantes dentro del biorreactor, incluye las métricas habituales para la productividad del biorreactor: la tasa de crecimiento representa la eficacia con la que se producen las células y la productividad específica de la célula representa la eficacia de una única célula (promedio) en la generación producto.

Sin embargo, existen otros parámetros que son importantes para las características de bioprocesos la calidad del producto elaborado en el biorreactor, que también se enumeran en la Clase A.

Si el producto se puede encontrar en varias formas multiméricas, la fracción de la(s) forma(s) deseada(s) es una métrica importante de calidad; a menudo, el monómero es la variante deseada, y varias formas agregadas (dímero, trímero, etc.) son indeseables.

De manera similar, si el producto está apreciablemente glicosilado, el grado de glicosilación podría ser crítico. Una medida aproximada de glicosilación que se usa a menudo en la industria es la relación molar de ácido siálico al producto.

Como se analizan las características de los bioprocesos, tal relación molar puede ser engañosa; es más a menudo importante caracterizar el grado de glicosilación; en particular, la forma aglicosilada puede eliminarse tan rápidamente cuando el producto se introduce en el torrente sanguíneo de un paciente que no debe considerarse como una variante útil del producto. Las interacciones entre los parámetros dentro de la Clase A representan una forma de compensación en la optimización de la operación del biorreactor.

De la misma manera, todas las métricas de calidad del producto para todos los pasos aguas abajo del biorreactor se enumeran en la Clase B.

Esto no solo podría incluir parámetros de calidad del producto del tipo ya discutido, sino también medidas generales de eficiencia, como el rendimiento o el rendimiento, que pueden verse afectados por las condiciones del biorreactor.

Por ejemplo, si el biorreactor se ejecuta hasta una viabilidad final baja para maximizar la formación del producto, el impacto posterior de las células lisadas en los pasos de recuperación, como la centrifugación o la filtración, podría ser sustancial.

Si el costo de aumentar la cantidad de producto en el biorreactor es que el paso de filtración o centrifugación toma el doble de tiempo, y posiblemente con una reducción sustancial en el rendimiento del paso, esto puede no representar el bioproceso globalmente óptimo.

Una interacción entre cualquier métrica de la Clase B y cualquier métrica de la Clase A representa otra forma de compensación en la optimización de la operación del biorreactor. (Existe una tercera forma de compensación, que involucra dos o más métricas en la Clase B, pero está fuera del alcance de este capítulo).